doe goed .net

Gezichtsvermogen

De volgende stappen worden doorlopen bij het zien van een voorwerp:

  1. een voorwerp weerkaatst licht
  2. een lichtstraal komt het oog binnen door de lens
  3. de lichtstraal valt op het netvlies
  4. retinal verandert van vorm, en opsine wordt geactiveerd
  5. transducine wordt actief
  6. fosfodiesterase wordt actief
  7. de hoeveelheid cGMP wordt minder
  8. natriumpoorten sluiten
  9. de cel wordt negatief geladen
  10. calciumpoorten sluiten
  11. de cel stuurt minder glutamaat-berichten
  12. neuronen reageren
  13. het signaal komt aan bij de hersenen

1. Een voorwerp weerkaatst licht

Voorwerpen die blauw zijn weerkaatsten blauw licht, en absorberen licht van andere golflengtes. Blauw licht heeft een golflengte van rond de 470 nanometer (0,000470 millimeter), groen licht heeft een golflengte van rond de 520 nanometer. Licht dat op een spiegelend voorwerp valt wordt vooral onder dezelfde hoek verder gekaatst, maar licht dat valt op een ruw voorwerp wordt allerlei kanten opgekaatst.

2. Een lichtstraal komt het oog binnen door de lens

Om een voorwerp te kunnen zien, moet je eerst je hoofd en je ogen zo richten dat het licht je oog binnen kan komen. Je kan je ogen draaien door middel van spieren die aan het oog vastzitten. (Zie het artikel over spieren voor meer informatie over de werking daarvan.)

Met spieren in de iris kan je be´nvloeden hoeveel licht er binnenkomt in het oog. Dat is nuttig omdat je daarmee kan compenseren voor situaties met veel of weinig zonlicht.

[Afbeelding]
Figuur 1: Lichtstralen komen samen op het netvlies
Door middel van spieren die aan de lens van het oog vastzichten, kan je scherpstellen op een voorwerp. Lichtdeeltjes worden afgebogen door de lens. Als je goed hebt scherpgesteld op een voorwerp, werkt de lens van je oog zo, dat lichtdeeltjes die afkomstig zijn van hetzelfde punt van het voorwerp ook ongeveer op dezelfde plek op je netvlies terecht komen (zie figuur 1). Zo krijg je een scherp beeld. Om een voorwerp te zien dat dicht bij is, moeten de spieren de lens bol trekken. Omgekeerd moeten deze spieren juist ontspannen om een voorwerp scherp te krijgen dat ver weg is. Daarom kan je niet tegelijkertijd scherpstellen op een dichtbij en vergelegen voorwerp, maar je kan wel afwisselend een van beide scherp in beeld krijgen.

De lens mag geen licht tegenhouden of verstrooien, want dan zou je niet goed kunnen zien. De lens is daarom voor een groot deel gemaakt uit een speciaal soort eiwit, genaamd kristalline. Dit eiwit heeft een speciale structuur die bijzonder geschikt is voor de functie die de lens moet vervullen. Bovendien wordt het relatief grote DNA-molecuul verwijderd uit de cellen in de lens door middel van het eiwit DLAD, om storende invloeden daarvan in de lens te vermijden. Dit gebeurt nadat de cel is aangemaakt op basis van de code in dat DNA-molecuul. Wat overblijft is een doorzichtige lens die in staat is het licht door te laten en af te buigen om een scherp beeld op het netvlies te leveren.

3. De lichtstraal valt op het netvlies

Het licht dat je oog binnenkomt, komt uiteindelijk terecht op het netvlies. Het netvlies bevat miljoenen lichtgevoelige cellen. Deze cellen bevatten deeltjes die reageren op licht. In het oog van de mens zijn twee soorten lichtgevoelige cellen: staafjes en kegeltjes. Deze twee soorten cellen werken op een soortgelijke manier. Een staafje en een kegeltje is een enkele cel.

In het celmembraan van staafjes en kegeltjes is een speciaal molecuul opgenomen dat gevoelig is voor licht. Een enkele staafje-cel bevat honderden van zulke moleculen. Om zo veel mogelijk plaats te bieden aan deze moleculen is het celmembraan meerdere keren in zichzelf gevouwen, waardoor meerdere lagen celmembraan op elkaar liggen. Bij staafjes vormen deze lagen samen een langgerekt staafje. Bij kegeltjes hebben deze de vorm van een kegeltje, vandaar de naam.

Opmerkelijk genoeg bevinden de staafjes en kegeltjes zich niet aan de oppervlakte van het netvlies, maar ongeveer 0,15 mm daaronder. In het tussenliggende gebied zijn zenuwcellen aanwezig die de lichtsignalen communiceren richting de hersenen, en bloedbanen die energie aanvoeren. Een enkele cel is redelijk goed lichtdoorlatend, maar een reeks cellen heeft al snel een sterk nadelig effect. Dit probleem wordt echter opgelost door de MŘller cellen. Deze cellen fungeren als een soort optische vezel. Ze leiden het licht langs de andere cellen naar de lichtgevoelige staafjes en kegeltjes. Staafjes zijn zo gevoelig voor licht dat ze vaak zelfs een enkel lichtdeeltje (foton) kunnen detecteren.

[Afbeelding]
Figuur 2: Retinal verandert van vorm door licht

4. Retinal verandert van vorm, en opsine wordt geactiveerd

In staafjes en kegeltjes bevinden zich lichtgevoelige moleculen. Deze bestaan uit twee delen:

Een mens kan retinal aanmaken uit beta-caroteen, een stof die aanwezig is in peen (worteltjes). Beta-caroteen kan door middel van een enzym worden omgezet in retinal. Het eiwit opsine kan door de mens worden aangemaakt door middel van de code in het DNA.

Eiwitten bestaan uit een lange reeks van aan elkaar gekoppelde aminozuren. Nadat eiwitten zijn samengesteld, vouwen ze in een drie-dimensionale structuur, en gaan ze naar hun plaats in de cel of daarbuiten. In het geval van opsine, is die plaats in het celmembraan van het staafje of kegeltje. Ergens in het midden biedt opsine plaats voor retinal. Opsine is een eiwit dat zeven spiralen heeft die ongeveer loodrecht door het celmembraan gaan (zie figuur 3). Deze structuur komt meer voor bij andere eiwitten die signalen van buiten de cel opvangen en doorgeven naar binnen.

Retinal is een klein lichtgevoelig molecuul. Retinal is gevoelig voor een bepaalde kleur, of beter gezegd, een kleurspectrum, afhankelijk van het type opsine waar hij aan vast zit. Bij staafjes en de drie soorten kegeltjes is retinal aan verschillende varianten van het eiwit opsine gebonden, en daardoor is retinal in die gevallen gevoelig voor andere kleuren.

[Afbeelding]
Figuur 3: Opsine in het celmembraan met daaronder transducine. 1: celmembraan, 2: opsine met retinal, 3,4,5: drie onderdelen van transducine
Wanneer retinal reageert op licht, verandert het van vorm. Een bepaalde verbinding tussen twee atomen in het retinal molecuul verandert dan namelijk van richting (zie figuur 2). Door deze verandering van vorm neemt retinal een andere ruimte in beslag. Het eiwit opsine, waar retinal aan gebonden is, verandert hierdoor ook van vorm. Dat heeft gevolgen die in de volgende paragraaf worden besproken. Retinal zelf wordt op een naburige plaats terugzet naar de oorspronkelijke vorm door middel van enzymen. Daarna kan het weer gebonden worden aan opsine, om te reageren op een volgend lichtdeeltje.

5. Transducine wordt actief

[Afbeelding]
Figuur 4: Transducine splits in twee delen na interactie met GTP (schematische weergave)
Wanneer opsine onder invloed van licht van vorm verandert, ontstaat een plaats waar het eiwit transducine zich kan koppelen. Transducine is onder opsine weergegeven in figuur 3. Transducine is een samengesteld eiwit dat bestaat uit drie onderdelen. Zoals gebruikelijk worden deze onderdelen aangeduid met Griekse letters: α (alpha), β (beta) en γ (gamma). Wanneer transducine zich koppelt aan opsine, bindt het molecuul GTP in plaats van GDP aan transducine, en transducine splitst in twee delen: (zie figuur 4)

Het is in dit geval het eerstgenoemde deel dat een belangrijk volgend effect heeft in de cel. Active opsine activeert op deze manier meerdere transducine eiwitten, totdat opsine zelf wordt gedeactiveerd.

6. Fosfodiesterase wordt actief

De alpha-component van transducine, die door opsine is geactiveerd, activeert op zijn beurt fosfodiesterase, een enzym. Het fosfodiesterase enzym bevat twee blokkerende componenten waardoor de werking van het enzym kan worden gereguleerd. Wanneer twee transducine(alpha) moleculen binden aan deze twee blokkerende componenten van fosfodiesterase, wordt fosfodiesterase geactiveerd.

7. De hoeveelheid cGMP wordt minder

Fosfodiesterase is in staat om een verbinding tussen fosfor en zuurstof atomen los te maken, in dit geval bij het cGMP molecuul. Wanneer het enzym fosfodiesterase is geactiveerd reageert het met meerdere cGMP moleculen, die daardoor veranderen van cGMP naar 5'-GMP.

[Afbeelding]
Figuur 5: Een poort in het celmembraan waardoor ionen in en uit de cel kunnen worden gelaten.

8. Natriumpoorten sluiten

In staafjes en kegeltjes heeft het cGMP molecuul de functie om natrium-aanvoerpoorten open te houden. De verminderde aanwezigheid van cGMP zorgt ervoor dat de natrium-aanvoerpoorten in de cel sluiten.

9. De cel wordt negatief geladen

Natrium is een positief geladen deeltje. Doordat er minder natrium in de cel binnenkomt, wordt de cel meer negatief geladen.

10. Calciumpoorten sluiten

Een negatieve lading in de cel heeft tot gevolg dat er calcium-aanvoerpoorten in de cel gesloten worden. De hoeveelheid beschikbare calcium wordt daardoor minder, en dat heeft een effect op het signaal dat uiteindelijk naar de hersenen wordt verstuurd, zoals verderop zal blijken.

11. De cel stuurt minder glutamaat-berichten

Wanneer stoffen worden getransporteerd van en naar een cel, wordt dat vaak gedaan met een zogenaamd vesikel. Een vesikel is een klein bolletje waar stoffen in kunnen zitten, met daar omheen een beschermwand. Deze beschermwand lijkt veel op een celmembraan. Om de inhoud van een vesikel de cel uit te werken, smelt de wand van het vesikel samen met de celwand. Voor dit samensmeltingsproces is calcium nodig. In het geval van licht wordt in staafjes-cellen de hoeveelheid beschikbare calcium minder. Als gevolg daarvan is er minder transport mogelijk met behulp van vesikels.

[Afbeelding]
Figuur 6: Chemische structuur van glutamaat
Staafjes en kegeltjes gebruiken de stof glutamaat om te communiceren met een naburige cel. Doordat er in het geval van licht minder calcium aanwezig is, worden er dan minder glutamaat-berichten verstuurd naar de volgende cel.

12. Neuronen reageren

Neuronen zijn zenuwcellen die met elkaar communiceren door elektrische of chemische signalen. Wanneer een lichtgevoelige cel in het netvlies minder glutamaat verstuurd, dan reageren de neuronen die daarmee een verbinding hebben hierop door op hun beurt signalen (of juist geen signalen) te sturen aan weer volgende neuronen. Onderweg naar de hersenen wordt al een eerste vorm van beeldbewerking toegepast voor het herkennen van grenzen van voorwerpen.

13. Het signaal komt aan bij de hersenen

Door middel van neuronen komt uiteindelijk het signaal terecht bij de hersenen. De signalen die binnenkomen worden door de hersenen zo ge´nterpreteerd dat wij ervaren dat we ons in een drie-dimensionale ruimte bevinden met om ons heen allerlei voorwerpen of mensen op verschillende afstanden. Dit beeld komt meestal goed overeen met de werkelijkheid.

Achtergrondinformatie

Cel: Het menselijk lichaam bestaat uit ongeveer 100.000.000.000.000 cellen. Er bestaan vele soorten cellen, en de grootte en vorm van die soorten cellen varieert sterk. Gemiddeld heeft een cel een lengte van ongeveer een honderdste millimeter. Cellen kunnen allerlei functies hebben in het lichaam. Cellen hebben een celmembraan (celwand) die de invloeden van buitenaf tegenhoudt. In het celmembraan zijn speciale eiwitten opgenomen die sommige dingen van buitenaf juist wel doorlaten. Er zijn mechanismen waardoor een cel kan regelen wat naar binnen en naar buiten gaat in een cel.

Eiwitten: Eiwitten worden aangemaakt op basis van de genetische code in het DNA. De bouwstenen voor eiwitten haalt een mens uit voedsel.

Enzymen: Enzymen zijn een speciaal soort eiwitten. Ze hebben als functie chemische reacties sneller (of langzamer) te laten verlopen. Er zijn verschillende soorten enzymen, en elk van die soorten is over het algemeen alleen in staat om bepaalde chemische reacties te versnellen. Per chemische reactie (of groep van reacties) is daarom vaak een apart enzym nodig. Enzymen kunnen worden ingedeeld in groepen die een soortgelijke structuur hebben.

Verwijzingen

email Copyright status: Public Domain